茄二十八星瓢虫RNAi致死靶标基因筛选

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茄二十八星瓢虫Henosepilachna vigintioctopunctata(Fabricius)是重要的经济害虫,主要危害马铃薯、番茄和茄子等茄科作物。目前,茄二十八星瓢虫的防治主要依赖于化学杀虫剂。然而,杀虫剂的大量使用会引起环境污染和农产品质量安全等问题。与化学杀虫剂相比,基于RNAi的防控方法具有物种特异性的优势。因此,本文旨在筛选用于茄二十八星瓢虫防治的靶标基因,利用菌液表达靶基因的dsRNA防治茄二十八星瓢虫,为创制防控茄二十八星瓢虫的高效安全的RNAi生物农药奠定基础。本文的主要研究内容和结论如下:1.使用5种不同的分析工具(Ref Finder、Normfinder、geNorm、Ct和Best Keeper),分析7个候选内参基因Actin、GAPDH、RPL13、RPL6、RPL32、RPS18和vATPase B,在4种实验条件下(不同发育阶段、不同组织、不同温度及不同寄主植物)的表达稳定性。结果表明,RPL13和RPS18是各实验条件下都最稳定表达的内参基因,为后续研究茄二十八星瓢虫中靶基因的表达奠定基础。2.建立了茄二十八星瓢虫饲喂法RNAi的方法,评价了靶标基因对茄二十八星瓢虫的致死效果。通过体外合成靶标基因的dsRNA,分别设置不同的浓度梯度,并观察基因干扰后茄二十八星瓢虫的死亡率、发育历期、表型变化及靶基因的干扰效率。结果表明,我们筛选了13个致死的靶标基因,分别是RPS18、RPL13、vATPase B、lesswright、Snf7、COPIs家族(αCOPI、βCOPI、β’COPI、γCOPI、δCOPI、εCOPI、ζCOPI和Arf1COPI)。这13个靶基因的dsRNA对茄二十八星瓢虫死亡率的影响都存在时间效应和部分的剂量效应,都导致茄二十八星瓢虫出现急性取食障碍,并且都显著降低了靶基因的表达;13个靶基因的dsRNA,除了dsHvlwr,处理后都导致了茄二十八星瓢虫的体表特征发生变化。dsHvRPS18、dsHvRPL13、dsHvvATPase B影响了消化酶基因(cysteine protease、serine proteinase、amylase、lipase和trehalase)的表达,并且显著抑制了茄二十八星瓢虫的发育;dsHvvATPase B也影响了黑化基因(TH、ebony和DDC)的表达,高浓度的dsHvvATPase B导致茄二十八星瓢虫的表皮出现烧焦状;靶基因Hvlwr和HvSnf7的功能研究表明,dsHvlwr导致血淋巴中血细胞数量增加,并且血细胞数量与dsHvlwr浓度成正比,与时间成反比;dsHvSnf7影响了中肠细胞结构的完整性。3.分别用大肠杆菌表达13个致死靶基因的dsRNA,并用菌液饲喂茄二十八星瓢虫的1龄幼虫、3龄幼虫和成虫,观察对其死亡率的影响。结果表明,除了dsHvεCOPI、dsHvβ’COPI、dsHvδCOPI之外,其他10个靶基因的dsRNA,都能对1龄幼虫、3龄幼虫和成虫造成显著的死亡。dsHvεCOPI、dsHvβ’COPI、dsHvδCOP对1龄幼虫、3龄幼虫造成显著死亡,对成虫的死亡率不显著。我们分别将大肠杆菌表达的dsHvSnf7和dsHvlwr喷洒到茄子苗上,把1龄幼虫、3龄幼虫和成虫接到茄子叶片上,结果发现,dsHvSnf7和dsHvlwr都能抑制茄二十八星瓢虫的取食,并且能引起显著死亡,从而保护了茄子植株。4.RNA-seq高通量测序筛选干扰Hvβ’COPI后的差异基因及差异信号通路。结果分析显示,与对照组相比上调基因有63个,下调基因有44个。GO注释显示,差异基因富集最多的通路是结合(binding)和催化活性(catalytic activity);COG注释表明差异基因富集数目最多的通路是信号传导机制(signal transduction mechanisms)。KEGG富集分析显示,差异基因富集程度最大的代谢通路为甘露糖型O-聚糖的生物合成(Mannose type O-glycan biosynthesis)。利用转录组结果分析干扰Hvβ’COPI后茄二十八星瓢虫体内可能出现的脱靶效应,发现代谢通路中8个基因上调,6个基因下调;茄二十八星瓢虫体内没有与Hvβ’COPI连续匹配15 nt以上的基因;没有与Hvβ’COPI同源的基因。
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